CN110467379A - 一种纤维加固分层式水泥混凝土路面及其面层材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维加固分层式水泥混凝土路面材料，包括自下而上依次浇筑的第一钢纤维水泥混凝土层、水泥混凝土层、第二钢纤维水泥混凝土层和玄武岩纤维水泥混凝土层；所述玄武岩纤维水泥混凝土层以重量计包括以下组分：水泥250‑280份，粉煤灰150‑170份，硅灰68‑76份，粗骨料980‑1060份，细骨料720‑740份，玄武岩纤维7‑9份，硼酸铝晶须3‑6份，干酪素1.5‑2.5份，海藻酸钠0.3‑0.6份，减水剂1‑3份，消泡剂0.1‑0.3份，水150‑160份。本发明通过采用玄武岩纤维水泥混凝土材料部分取代了钢纤维水泥混凝土层，可以有效解决钢纤维的过早腐蚀，优化混凝土路板的层表结构，还减少了钢纤维的使用量，降低了工程成本。

Description

一种纤维加固分层式水泥混凝土路面及其面层材料

技术领域

本发明属于水泥混凝土路面材料领域，具体涉及一种纤维加固分层式水泥混凝土路面及其面层材料。

背景技术

目前混凝土路面的使用状况表明，普通水泥混凝土路面存在脆性大、抗冲击及抗疲劳能力弱和耐车轮磨耗磨光性能差等缺点，将其应用于路面面层，易过早出现断板及表面结构破坏等病害，因而很难满足重载交通的需要。由于钢纤维具有良好的增韧、抗裂、抗磨作用，将短切纤维掺入水泥混凝土中，纤维通过桥接裂缝可提高基体的韧性、抗拉强度和抗弯强度，使水泥混凝土路面所固有的脆性问题得到极大的改善。

但是目前使用的钢纤维存在以下问题：一方面钢纤维容易锈蚀，且其增韧抗裂效果有限，另外钢纤维混凝土路面在使用一段时间后易出现钢纤维露头，导致钢纤维腐蚀，影响路面质量的问题；另一方面，随着铁矿石价格的飞涨，钢筋价格必然也水涨船高，如果在水泥混凝土路面面层中全部掺加钢纤维，不仅会大大提高工程造价，还会使路面面层电阻率大大降低，因此钢纤维水泥混凝土路面面层在实际应用中受到一定限制。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种纤维加固分层式水泥混凝土路面，通过采用玄武岩纤维水泥混凝土材料部分取代了钢纤维水泥混凝土层，可以有效解决钢纤维的过早腐蚀，优化混凝土路板的层表结构，还减少了钢纤维的使用量，降低了工程成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种纤维加固分层式水泥混凝土路面，包括自下而上依次浇筑的第一钢纤维水泥混凝土层、水泥混凝土层、第二钢纤维水泥混凝土层和玄武岩纤维水泥混凝土层。

最上层的玄武岩纤维水泥混凝土层以重量计包括以下组分：水泥250-280份，粉煤灰150-170份，硅灰68-76份，粗骨料980-1060份，细骨料720-740份，玄武岩纤维7-9份，硼酸铝晶须3-6份，干酪素1.5-2.5份，海藻酸钠0.3-0.6份，减水剂1-3份，消泡剂0.1-0.3份，水150-160份。

玄武岩纤维是天然石材炼制而成，具有钢纤维和其它纤维无法比拟的环保优势，属于低碳材料，而且耐腐性大大优于其它纤维，具有很强的经济社会效益。玄武岩纤维除了具有高技术纤维高强度、高模量的特点外，还具有耐温性佳（－269～700℃）、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高、适应于各种环境下使用等优异性能，且性价比好，是一种纯天然的无机非金属材料，其具有比钢纤维更加优越的增强增韧抗裂效果。硼酸铝晶须具有轻质高韧耐磨耐腐等特点，是一种优良的增强材料；干酪素是一种从牛乳及其制品中提取的蛋白聚合体，微溶于水，可溶于碱液中，其在混凝土中具有较好的乳化增稠作用，可以增强玄武岩纤维和水泥凝结界面的粘合力及稳定性；海藻酸钠也具有较好的增稠性，可进一步改善混凝土内部胶凝材料-骨料-纤维的界面性能，提高混凝土体系的均匀性。

优选的是，所述玄武岩纤维水泥混凝土层以重量计包括以下组分：水泥260-270份，粉煤灰160-170份，硅灰70-73份，粗骨料1010-1030份，细骨料730-740份，玄武岩纤维7.5-8.5份，硼酸铝晶须4-5份，干酪素2-2.3份，海藻酸钠0.35-0.45份，减水剂1.5-2份，消泡剂0.1-0.2份，水152-156份。

优选的是，所述玄武岩纤维包括长度为24-30mm的大规格直接短切玄武岩纤维和长度为18-24mm的小规格直接短切玄武岩纤维，所述大规格和小规格直接短切玄武岩纤维的重量比为6:4，通过采用两种规格的玄武岩纤维混配使用，可以更好的让其均匀分散在水泥体系中，提高其增韧抗裂效果。

优选的是，所述玄武岩纤维的制备方法为：将100重量份的玄武岩矿石筛选去杂后在130-140℃下烘烤11-14h，再经粉碎后加入10-15重量份的高岭土、5-8份的叶腊石、15-20份的锆英砂并以3000-5000r/min进行搅拌匀化得到混合料，之后将混合料在1500-1600℃下熔融均化、再经拉丝、浸润、短切得到玄武岩纤维。

优选的是，所述减水剂为粉状的聚羧酸减水剂。

优选的是，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷或聚醚改性有机硅消泡剂。

优选的是，所述粗骨料为将建筑垃圾经破碎、优选、清洗得到的5-10mm和10-20mm两种粒径再生骨料。

优选的是，所述再生骨料中5-10mm粒径骨料与10-20mm粒径骨料的重量比为0.9-1.1。骨料级配对混凝土材料性能影响较大，若采用单一粒径的粗骨料，由于级配单一，材料内部空隙率大，其强度、抗水害性能均较差，而采用不同粒径的骨料级配更加合理，压实后结构致密空隙率小，可有效抵抗水害侵袭以及硬化后路面受压的抗变形能力。另外采用再生骨料代替天然骨料，即节约了天然骨料，又对建筑垃圾进行了废弃物循环利用。

优选的是，所述细骨料用得是4.75mm以下的普通砂子。

优选的是，所述第一钢纤维水泥混凝土层厚度为10-30mm，所述第二钢纤维水泥混凝土层厚度为10-40mm。

优选的是，所述玄武岩纤维水泥混凝土层厚度为10-20mm。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用玄武岩纤维水泥混凝土材料部分取代了钢纤维水泥混凝土层，减少了钢纤维的使用量，降低了工程成本。

（2）与传统钢纤维水泥混凝土路面材料相比，本发明在路面材料最上层设有玄武岩纤维水泥混凝土层，改善了其路板表面的质量，解决了钢纤维易于露头的问题，避免了钢纤维与大气环境直接接触，可以有效解决钢纤维的过早腐蚀，使混凝土路板的层表结构得到进一步的优化，实用性能进一步提高。

（3）本发明采用再生集料代替天然集料制备水泥混凝土路面材料，即节约了天然集料，又对建筑垃圾进行了废弃物循环利用，利于生态环境的保护。

（4）由于玄武岩纤维本身的优越性能，从而使整体路面材料具有更高的抗拉、抗弯、抗裂、弯曲韧性和耐腐蚀性能。

附图说明

图1为本发明的纤维加固分层式水泥混凝土路面材料结构示意图。

图2为对比例一中的纤维加固分层式水泥混凝土路面材料结构示意图。

附图标记列表：

1—第一钢纤维水泥混凝土层；2—水泥混凝土层；3—第二钢纤维水泥混凝土层；4—玄武岩纤维水泥混凝土层；5—第三钢纤维水泥混凝土层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例一

一种纤维加固分层式水泥混凝土路面，如图1所示，包括自下而上依次浇筑的第一钢纤维水泥混凝土层1、水泥混凝土层2、第二钢纤维水泥混凝土层3和玄武岩纤维水泥混凝土层4；

其中玄武岩纤维水泥混凝土层4以重量计包括以下组分：水泥260份，粉煤灰160份，硅灰70份，粗骨料1010份，细骨料730份，玄武岩纤维7.5份，硼酸铝晶须4份，干酪素2份，海藻酸钠0.45份，粉体聚羧酸减水剂1.5份，聚二甲基硅氧烷消泡剂0.2份，水155份。其中粗骨料为将建筑垃圾经破碎、优选、清洗得到的5-10mm和10-20mm两种粒径再生骨料，且两种骨料重量比为0.9。

其中，玄武岩纤维的制备方法为：将100重量份的玄武岩矿石筛选去杂后在135℃下烘烤12h，再经粉碎后加入10重量份的高岭土、5份的叶腊石、18份的锆英砂并以5000r/min进行搅拌匀化得到混合料，之后将混合料在1500℃下熔融均化、再经拉丝、浸润、短切得到长度分别为18-24mm和24-30mm的两种规格的直接短切玄武岩纤维，且两种玄武岩纤维的重量比为6:4。

本实施例中分层式水泥混凝土路面材料制备采用逐层浇筑法，即从下至上分层浇筑，将各层水泥混凝土原材料经称量、搅拌、浇筑和养护后及得到该层水泥混凝土材料；其中第一钢纤维水泥混凝土层1厚度为20m，第二钢纤维水泥混凝土层3厚度为20mm，玄武岩纤维水泥混凝土层4厚度为15mm。

实施例二

一种纤维加固分层式水泥混凝土路面材料，如图1所示，包括自下而上依次浇筑的第一钢纤维水泥混凝土层1、水泥混凝土层2、第二钢纤维水泥混凝土层3和玄武岩纤维水泥混凝土层4；

其中玄武岩纤维水泥混凝土层4以重量计包括以下组分：水泥250份，粉煤灰170份，硅灰76份，粗骨料1060份，细骨料720份，玄武岩纤维7份，硼酸铝晶须6份，干酪素2.5份，海藻酸钠0.3份，粉体聚羧酸减水剂1份，聚二甲基硅氧烷消泡剂0.1份，水150份。其中粗骨料为将建筑垃圾经破碎、优选、清洗得到的5-10mm和10-20mm两种粒径再生骨料，且两种骨料重量比为1.0。

其中，玄武岩纤维的制备方法为：将100重量份的玄武岩矿石筛选去杂后在130℃下烘烤14h，再经粉碎后加入15重量份的高岭土、8份的叶腊石、15份的锆英砂并以4000r/min进行搅拌匀化得到混合料，之后将混合料在1550℃下熔融均化、再经拉丝、浸润、短切得到长度分别为18-24mm和24-30mm的两种规格的直接短切玄武岩纤维，且两种玄武岩纤维的重量比为6:4。

本实施例中分层式水泥混凝土路面材料制备采用逐层浇筑法，即从下至上分层浇筑，将各层水泥混凝土原材料经称量、搅拌、浇筑和养护后及得到该层水泥混凝土材料；其中，第一钢纤维水泥混凝土层1厚度为15mm，第二钢纤维水泥混凝土层3厚度为35mm，玄武岩纤维水泥混凝土层4厚度为15mm。

实施例三

一种纤维加固分层式水泥混凝土路面材料，如图1所示，包括自下而上依次浇筑的第一钢纤维水泥混凝土层1、水泥混凝土层2、第二钢纤维水泥混凝土层3和玄武岩纤维水泥混凝土层4；

其中玄武岩纤维水泥混凝土层4以重量计包括以下组分：水泥280份，粉煤灰150份，硅灰68份，粗骨料980份，细骨料740份，玄武岩纤维9份，硼酸铝晶须3份，干酪素1.5份，海藻酸钠0.6份，粉体聚羧酸减水剂3份，聚醚改性有机硅消泡剂0.3份，水160份；其中粗骨料为将建筑垃圾经破碎、优选、清洗得到的5-10mm和10-20mm两种粒径再生骨料，且两种骨料重量比为1.1。

其中，玄武岩纤维的制备方法为：将100重量份的玄武岩矿石筛选去杂后在140℃下烘烤11h，再经粉碎后加入15重量份的高岭土、6份的叶腊石、20份的锆英砂并以3000r/min进行搅拌匀化得到混合料，之后将混合料在1600℃下熔融均化、再经拉丝、浸润、短切得到长度分别为18-24mm和24-30mm的两种规格的直接短切玄武岩纤维，且两种玄武岩纤维的重量比为6:4。

本实施例中分层式水泥混凝土路面材料制备采用逐层浇筑法，即从下至上分层浇筑，将各层水泥混凝土原材料经称量、搅拌、浇筑和养护后及得到该层水泥混凝土材料；其中第一钢纤维水泥混凝土层1厚度为30mm，第二钢纤维水泥混凝土层3厚度为20mm，玄武岩纤维水泥混凝土层4厚度为10mm。

对比例一

一种纤维加固分层式水泥混凝土路面材料，如图2所示，其和实施例一不同之处在于，最上层为第三钢纤维水泥混凝土层5，其中第三钢纤维水泥混凝土层5材料与实施例一中玄武岩纤维水泥混凝土层4材料组分相同，只是采用等量钢纤维替代玄武岩纤维；其他与实施例一相同。

对比例二

一种纤维加固分层式水泥混凝土路面材料，其和实施例二不同之处在于，玄武岩纤维采用的是长度为24-30mm一种规格的直接短切玄武岩纤维，其余与实施例二相同。

对比例三

一种纤维加固分层式水泥混凝土路面材料，其和实施例三不同之处在于，粗骨料采用天然骨料，其余与实施例三相同。

经过试验测试，相比于对比例一，实施例一中的纤维加固分层式水泥混凝土路面面层同龄期（3d、7d、28d）抗弯拉强度分别提高了20%、27%、18%，极限弯拉强度、抗弯弹性模量和弯曲韧性指数分别提高了24%、10%、39%，最大裂宽降低了85%；相比于对比例二，实施例二中的纤维加固分层式水泥混凝土路面面层的极限弯拉强度、抗弯弹性模量和弯曲韧性指数分别提高了21%、15%、24%；而实施例三和对比例三中的纤维加固分层式水泥混凝土路面面层强度、韧性和开裂性能差别不大。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (10)

1.一种纤维加固分层式水泥混凝土路面，其特征在于，包括自下而上依次浇筑的第一钢纤维水泥混凝土层、水泥混凝土层、第二钢纤维水泥混凝土层和玄武岩纤维水泥混凝土层；

所述玄武岩纤维水泥混凝土层以重量计包括以下组分：水泥250-280份，粉煤灰150-170份，硅灰68-76份，粗骨料980-1060份，细骨料720-740份，玄武岩纤维7-9份，硼酸铝晶须3-6份，干酪素1.5-2.5份，海藻酸钠0.3-0.6份，减水剂1-3份，消泡剂0.1-0.3份，水150-160份。

2.根据权利要求1所述的纤维加固分层式水泥混凝土路面，其特征在于，所述玄武岩纤维水泥混凝土层以重量计包括以下组分：水泥260-270份，粉煤灰160-170份，硅灰70-73份，粗骨料1010-1030份，细骨料730-740份，玄武岩纤维7.5-8.5份，硼酸铝晶须4-5份，干酪素2-2.3份，海藻酸钠0.35-0.45份，减水剂1.5-2份，消泡剂0.1-0.2份，水152-156份。

3.根据权利要求1或2所述的纤维加固分层式水泥混凝土路面，其特征在于，所述玄武岩纤维包括长度为24-30mm的大规格直接短切玄武岩纤维和长度为18-24mm的小规格直接短切玄武岩纤维，所述大规格和小规格直接短切玄武岩纤维的重量比为6:4。

4.根据权利要求3所述的纤维加固分层式水泥混凝土路面，其特征在于，所述玄武岩纤维的制备方法为：将100重量份的玄武岩矿石筛选去杂后在130-140℃下烘烤11-14h，再经粉碎后加入10-15重量份的高岭土、5-8份的叶腊石、15-20份的锆英砂并以3000-5000r/min进行搅拌匀化得到混合料，之后将混合料在1500-1600℃下熔融均化、再经拉丝、浸润、短切得到玄武岩纤维。

5.根据权利要求1或2所述的纤维加固分层式水泥混凝土路面，其特征在于，所述减水剂为粉状的聚羧酸减水剂。

6.根据权利要求1或2所述的纤维加固分层式水泥混凝土路面，其特征在于，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷或聚醚改性有机硅消泡剂。

7.根据权利要求1或2所述的纤维加固分层式水泥混凝土路面，其特征在于，所述粗骨料为将建筑垃圾经破碎、优选、清洗得到的5-10mm和10-20mm两种粒径再生骨料。

8.根据权利要求7所述的纤维加固分层式水泥混凝土路面，其特征在于，所述再生骨料中5-10mm粒径骨料与10-20mm粒径骨料的重量比为0.9-1.1。

9.根据权利要求1所述的纤维加固分层式水泥混凝土路面，其特征在于，所述第一钢纤维水泥混凝土层厚度为10-30mm，所述第二钢纤维水泥混凝土层厚度为10-40mm。

10.根据权利要求1所述的纤维加固分层式水泥混凝土路面，其特征在于，所述玄武岩纤维水泥混凝土层厚度为10-20mm。